DE1302391B - - Google Patents
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Description
Gewisse chemische Reaktionen in der Gasphase erfordern einen ziemlich niedrigen Druck oder, eine tiefe Temperatur, um mit zufriedenstellender Ausbeute vonstatten zu gehen. Dies ist beispielsweise der Fall beim Kracken von Kohlenwasserstoffen, wobei 5 die Reaktionen unter Volumenzunahme verlaufen und die Produkte bei hoher Temperatur instabil sind. Das gleiche gilt für die Synthese von Ozon aus Sauerstoff, da Ozon in hoher Konzentration nur bei tiefer Temperatur stabil ist. Wenn die Reaktionen endotherm sind, wie es bei den beiden genannten Reaktionsarten der Fall ist, wird die Durchführung durch die Zufuhr der für die Reaktion erforderlichen Energie sowie durch die Notwendigkeit erschwert, die erhaltenen Produkte stark und plötzlich zu kühlen. Die Durchführung dieser Verfahren kann in chemischen Reaktoren diskontinuierlich oder in mehreren Stufen erfolgen, wobei in jeder Stufe große Gasmengen behandelt werden müssen. So erfordert bei der Synthese von Ozon die geringe Ausbeute der bei gewöhnlicher Temperatur durchgeführten üblichen Verfahren ein kontinuierliches Abtrennen und Rückführen des nicht umgesetzten Sauerstoffs, dessen Lagerung in hoher Konzentration und bei tiefer Temperatur kostspielig und mit Explosionsgefahren verbunden ist.Certain chemical reactions in the gas phase require a fairly low pressure, or, a low temperature, in order to produce a satisfactory yield to proceed. This is the case, for example, with the cracking of hydrocarbons, where 5 the reactions proceed with an increase in volume and the products are unstable at high temperature. The same goes for the synthesis of ozone from oxygen, since ozone is only present in high concentrations is stable at a lower temperature. When the reactions are endothermic, as is the case with the two mentioned Reaction types is the case, is carried out by supplying the necessary for the reaction Energy as well as complicated by the need to sharply and suddenly increase the obtained products cool. These processes can be carried out batchwise or in chemical reactors take place in several stages, with large amounts of gas having to be treated in each stage. So requires in the synthesis of ozone the low yield of that carried out at ordinary temperature common processes a continuous separation and recycling of the unconverted oxygen, its storage in high concentration and at low temperature costly and with the risk of explosion connected is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Verfahren kontinuierlich und in einer einzigen Vorrichtung durchzuführen und dabei die Nachteile der bisherigen Verfahren zu vermeiden.The invention is based on the object, the processes mentioned continuously and in one perform a single device while avoiding the disadvantages of the previous method.
Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen mittels elektrischer Entladungen in einem die gasförmigen Reaktionskomponenten enthaltenden Gasstrom, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mindestens an einer Stelle des sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Gasstromes bei durch adiabatisches Entspannen gesenkten Drücken und Temperaturen eine elektrische Entladung auslöst. Dieses Verfahren hat eines oder mehrere der folgenden Merkmale:The solution to this problem is a process for the continuous implementation of chemical reactions by means of electrical discharges in one containing the gaseous reaction components Gas flow, which is characterized in that at least one point is at supersonic speed Moving gas stream triggers an electrical discharge at reduced pressures and temperatures due to adiabatic relaxation. This process has one or more of the following characteristics:
a) die Entladung besteht aus wenigstens einem Lichtbogen;a) the discharge consists of at least one arc;
b) die Entladung besteht aus wenigstens einer Glimmentladung;b) the discharge consists of at least one glow discharge;
c) ein Stoff, der mit den gebildeten Produkten zu reagieren vermag, wird an den Ort der Reaktion, d. h. in die unmittelbare Nähe der elektrischen Entladung geführt.c) a substance that is able to react with the products formed is transferred to the place of reaction, d. H. led into the immediate vicinity of the electrical discharge.
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Zwar ist aus der deutschen Patentschrift 261102 bereits ein Verfahren bekannt, bei dem man eine elektrische Entladung durch eine in einen Kühlraum führende, von Gasen durchströmte düsenförmige öffnung stattfinden läßt, wobei die Gase mit hoher Geschwindigkeit in den Kühlraum gelangen. Die bei diesem Verfahren zur Anwendung kommende konvergierende Düse erlaubt jedoch niemals eine Geschwindigkeit des Gasstromes von mehr als Schallgeschwindigkeit; denn eine Übsrschallströmung ist nur unter Verwendung von konvcrgierenden-divergiercnden Düsen möglich. Überraschenderweise wurden aber bisher noch niemals derartige konvergicrendc-divergicrendc Düsen für die kontinuierliche Durchführung chemischer Reaktionen mittels elektrischer Entladungen in einem die gasförmigen Reaktionskomponenten enthaltenden Gasstrom verwendet. It is true from the German patent specification 261102 a method is already known in which an electrical discharge is carried out through a cooling chamber leading nozzle-shaped opening through which gases flow, the gases with high Speed into the refrigerator compartment. The converging one used in this method However, the nozzle never allows a gas flow speed of more than the speed of sound; because a supersonic flow is only possible with the use of converging-diverging ones Nozzles possible. Surprisingly, however, such converging trends have never been seen before Nozzles for the continuous implementation of chemical reactions by means of electrical Discharges used in a gas stream containing the gaseous reaction components.
45 Der besondere Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem nun in dem sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Gasstrom bei durch adiabatisches Entspannen gesenkten Drücken und Temperaturen eine elektrische Entladung ausgelöst wird, liegt darin, daß auf Grund dieser Überschallgeschwindigkeit, mit der die bei der Entladung gebildeten Stoffe sehr schnell abgesaugt werden, in Verbindung mit der adiabatischen Entspannung der zu behandelnden Gase die Möglichkeit von Rekombinationen der durch die Entladung gebildeten Stoffe untereinander infolge der Herabsetzung der Molekularbewegung des Gases und der Wahrscheinlichkeit der Berührung der Moleküle untereinander ganz erheblich verringert und damit die Ausbeute an zu gewinnenden Produkten bei diesem Verfahren entscheidend gegenüber bisher bekannten Verfahren erhöht wird. 45 The particular advantage of the method according to the invention, in which an electrical discharge is now triggered in the gas flow moving at supersonic speed at pressures and temperatures reduced by adiabatic relaxation, is that due to this supersonic speed at which the formed during the discharge Substances are sucked off very quickly, in connection with the adiabatic expansion of the gases to be treated the possibility of recombinations of the substances formed by the discharge with one another as a result of the lowering of the molecular movement of the gas and the likelihood of the molecules touching one another is reduced considerably and thus the yield products to be obtained in this process is significantly increased compared to previously known processes.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch ein mit einer Spannungsquelle in Verbindung stehendes Überschallreaktionsrohr mit sich zum halsförmigen Zwischenteil verengendem Eintrittsteil und anschließend sich erweiterndem Austrittsteil mit darauffolgendem Sammelstutzen sowie eine sich durch das Reaktionsrohr und mindestens in ihm erstreckende, die elektrische Entladung innerhalb des Austrittsteils des Reaktionsrohres auslösende, ebenfalls mit einer Spannungsquelle in Verbindung stehende Elektrode und schließlich eine den Austrittsteil des Reaktionsrohres umschließende und an dessen Austrittsöffnung zum Sammelstutzen durch dessen Saugwirkung einen geschlossenen Raum verminderten Drucks bildende Unterdruckkammer.The invention also relates to a device for carrying out the method described. This device is essentially characterized by a with a voltage source in Connecting supersonic reaction tube with narrowing to the neck-shaped intermediate part Inlet part and then the widening outlet part with a subsequent manifold as well as an electrical discharge extending through the reaction tube and at least in it inside the outlet part of the reaction tube, also connected to a voltage source standing electrode and finally one surrounding the exit part of the reaction tube and at its outlet opening to the manifold reduced a closed space by its suction effect Pressure forming vacuum chamber.
Diese Vorrichtung hat eines oder mehrere der folgenden Merkmale:This device has one or more of the following characteristics:
a) die Elektrode ist axial im Überschall-Reaktionsrohr angeordnet;a) the electrode is arranged axially in the supersonic reaction tube;
b) die axial im Reaktionsrohr angeordnete Elektrode ist über den Austritt des Reaktionsrohres hinaus derart verlängert, daß im Austrittsstutzen eine elektrische Entladung stattfindet;b) the electrode arranged axially in the reaction tube is via the exit of the reaction tube also extended in such a way that an electrical discharge takes place in the outlet nozzle;
c) der Austrittsstutzen weist einen Teil auf, in dem Überschallgeschwindigkeit herrscht und in dem die elektrische Entladung stattfindet;c) the outlet nozzle has a part in which there is supersonic speed and in which the electrical discharge takes place;
d) der Austrittsstutzen weist einen Teil auf, in dem Überschallgeschwindigkeit herrscht, und die elektrische Entladung findet im Unterschallbereich des Austrittsstutzens statt;d) the outlet nozzle has a part in which there is supersonic speed, and the electrical discharge takes place in the subsonic area of the outlet nozzle;
e) die Elektrode ist hohl und dient zur Einführung eines Stoffs, der mit den gebildeten Produkten umzusetzen ist;e) the electrode is hollow and is used to introduce a substance that is associated with the products formed is to be implemented;
f) die hohle Elektrode hat ein Innenprofil in Form des Reaktionsrohres, um die gasförmigen Reaktionsteilnehmer unter aerodynamischen Bedingungen zuführen zu können, die den am Austritt der Elektrode herrschenden Bedingungen entsprechen; f) the hollow electrode has an inner profile in the form of the reaction tube, around the gaseous reactants to be able to supply under aerodynamic conditions which correspond to the conditions prevailing at the outlet of the electrode;
g) die hohle Elektrode ist mit seitlichen öffnungen zum Einblasen des gasförmigen Stoffs versehen;g) the hollow electrode has side openings provided for injecting the gaseous substance;
h) die hohle Elektrode ist mit wenigstens einem Wandteil aus porösem Material versehen;h) the hollow electrode is provided with at least one wall part made of porous material;
i) der Austrittsstutzen ist mit einem System ver-i) the outlet nozzle is equipped with a system
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sehen, das wenigstens eine Elektronenlinse ent- bis in den Austriltsstutzen verlängert wird. Wenn hält, die im Austrittsstutzen eine Einschnürung die Elektrode bis in den Austrittsstutzen hinein verdes durch die elektrische Entladung ionisierten längert ist, kann die Gasströmung mit Überschall-Gasstroms bewirkt. geschwindigkeit im Innern dieses Stutzens für einesee that at least one electron lens is extended into the outlet nozzle. if holds that a constriction in the outlet nozzle verdes the electrode into the outlet nozzle ionized by the electrical discharge is prolonged, the gas flow can be supersonic gas flow causes. speed inside this nozzle for one
5 gewisse Strecke bestehenbleiben, wobei die Stoßwelle5 persist for a certain distance, with the shock wave
Es ist somit ersichtlich, daß man bestrebt ist, auf den zylindrischen Teil des AustrittsstutzensIt can thus be seen that an effort is made on the cylindrical part of the outlet connection
kontinuierlich eine starke Kühlung und eine erheb- lokalisiert ist. Da der Querschnitt des Austritts-continuous strong cooling and significant localization. Since the cross section of the outlet
liche Drucksenkung im Gasstrom zu erzielen, bevor Stutzens etwas größer ist als der Querschnitt desLiche pressure reduction in the gas flow to achieve before the nozzle is slightly larger than the cross section of the
darin die gewünschte Reaktion durch die elektrische Austritts des Reaktionsrohres, ist das Produkt P ■ d therein the desired reaction through the electrical outlet of the reaction tube, is the product P ■ d
Entladung durchgeführt wird. Der Überschallbereich io hier ebenfalls etwas größer, und theoretisch dürfteDischarge is carried out. The supersonic range io is also somewhat larger here, and theoretically it should
ermöglicht diese starke Senkung der Temperatur. hier keine Entladung stattfinden. Tatsächlich kannenables this sharp decrease in temperature. no discharge takes place here. Indeed can
Bekanntlich kann bei der Gasströmung im Schall- die Entladung am Rohraustritt, wenn sie stark genugAs is well known, the discharge at the pipe outlet can occur with the gas flow in the sound if it is strong enough
bereich eine Temperatur unter 0,8 T erzielt werden, ist, das Gas ionisieren, wobei das Gas leitend wird,range a temperature below 0.8 T can be achieved, ionize the gas, whereby the gas becomes conductive,
wobei T die absolute Temperatur des Gases am Die elektrische Entladung kann sich hierbei zwischenwhere T is the absolute temperature of the gas at the. The electrical discharge can vary between
Rohreintritt ist. Im Verfahren gemäß der Erfindung 15 Elektrode und Wand des Austrittsstutzens fortsetzen,Pipe entry is. In the method according to the invention 15 continue the electrode and the wall of the outlet nozzle,
können Temperaturen von 0,3 T oder sogar noch wo das Gas eine zweite Entladung im Innern descan temperatures of 0.3 T or even more where the gas has a second discharge inside the
niedrigere Temperaturen erreicht werden. Hierdurch Austrittsstutzens erfahren kann, dessen Länge be-lower temperatures can be reached. This allows you to experience the outlet nozzle, the length of which
ist es möglich, ausgehend von der Umgebungstempe- trächtlich gestaltet sein kann.it is possible, based on the surrounding environment, can be designed to be extremely high.
ratur, Produkte bei etwa — 2000C zu erhalten. Die Wenn die Entladung stark genug ist, bleiben fernertemperature, at about products - get 200 0 C. The if the discharge is strong enough also remain
Temperatursenkung hängt nur vom Verhältnis der 20 die Gase nach ihrer Wiederverdichtung quer durchThe temperature decrease depends only on the ratio of the 20 gases after their recompression across the board
Drücke am Eintritt und Austritt des Reaktionsrohres die Stoßwelle ionisiert, und die Entladung kann selbstPressures at the inlet and outlet of the reaction tube ionize the shock wave, and the discharge can itself
ab und ist praktisch nur durch die Verflüssigungs- jenseits der Stoßwelle bestehenbleiben, wenn diefrom and is practically only persisted by the liquefaction beyond the shock wave when the
temperatur der Gase beim örtlichen Druck am Rohr- zentrale Elektrode genügend weit verlängert wird,the temperature of the gases at the local pressure at the central pipe electrode is sufficiently extended,
austritt begrenzt. Diese sekundäre Entladung ist viel weniger intensiv,limited exit. This secondary discharge is much less intense,
Die Gase müssen möglichst schnell die Reaktions- 25 kann jedoch sehr lang sein. Die HauptentiadungThe gases must be as fast as possible, but the reaction can be very long. The main discharge
zone durchströmen, da bei einer zu langen Ein- am Austritt des Rohrs ist in allen Fällen vorhanden,flow through the zone, because if the inlet at the outlet of the pipe is too long, then in all cases
wirkung die elektrische Entladung die Produkte, die denn sie ermöglicht die sekundären EntladungenThe effect of the electric discharge is on the products because it enables the secondary discharges
sie gebildet hat, wieder zerstören könnte. durch Ionisation der von ihr gebildeten Gase.it formed could destroy again. by ionizing the gases it generates.
Die Überschallgeschwindigkeit ermöglicht es, sehr Wenn hohe elektrische Energien bei der EntladungThe supersonic speed allows very high electrical energies when discharging
hohe Umlaufgeschwindigkeiten und damit sehr kurze 30 bzw. bei den Entladungen auftreten oder wenn diehigh circulation speeds and thus very short 30 or occur during the discharges or when the
Durchgangszeiten der Gasmoleküle zu erreichen. chemische Reaktion eine starke Änderung derTo achieve transit times of the gas molecules. strong change in chemical reaction
Wenn außerdem ein niedriger Druck zur Erzielung spezifischen Masse hervorbringt, sei es durch Ände-If, in addition, a low pressure produces a specific mass to achieve a specific mass, be it by changing
eines guten elektrochemischen Wirkungsgrades der rung der Temperatur oder durch Änderung desa good electrochemical efficiency of the tion of the temperature or by changing the
Entladung notwendig ist, läßt er sich leicht im Über- Volumens, kann der Austrittsstutzen bzw. SammlerUnloading is necessary, it can easily be in excess volume, the outlet nozzle or collector can
schallbereich erreichen. 35 nicht mehr diesen neuen Betriebsbedingungen ange-reach the sound range. 35 is no longer subject to these new operating conditions.
Der Überschallgeschwindigkeitsbereich erfordert paßt werden. Der Druck in der EntspannungskammerThe supersonic speed range requires adjustment. The pressure in the relaxation chamber
zwingend das Vorhandensein einer wiederverdichten- steigt in diesem Fall und hebt die Funktionsbereit-mandatory the presence of a recompression - in this case increases and lifts the operational readiness
den Stoßwelle, um wieder in den Unterschall- schaft des Reaktionsrohres auf. Da es schwierig ist,the shock wave to get back into the subsonic shaft of the reaction tube. Since it is difficult
geschwindigkeitsbereich zu gelangen. Die Anwesen- eine Änderung des Querschnitts des Austrittsstutzensspeed range. The presence - a change in the cross section of the outlet nozzle
heit dieser Stoßwelle begrenzt die Entladung im 40 in Abhängigkeit von den StrömungsbedingungenThis shock wave limits the discharge in the 40 depending on the flow conditions
Strömungsraum, denn die durch die Stoßwelle her- vorzunehmen, muß man über einen AustrittsstutzenThe flow space, because the one through the shock wave, has to be made via an outlet nozzle
vorgerufene plötzliche Druckerhöhung läßt eine von maximalem Querschnitt verfügen und auf denThe sudden increase in pressure called for allows one to have a maximum cross-section and on the
weitere Entladung nicht mehr zu. Gasstrom so einwirken, daß er mehr oder wenigerno more discharge. Acting gas flow so that it is more or less
Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Entladung eingeschnürt wird. Erfolgen dagegen die Strömungsauf einen sehr engen Raum zu beschränken. Wenn 45 Schwankungen mit einer bestimmten Periodizität, was P der Druck in der Höhe eines Querschnitts des bei einem Gas der Fall ist, das einem Wechselstrom-Rohrs und d der Abstand zwischen der Elektrode lichtbogen ausgesetzt ist, muß man auf den Gas- und der Rohrwand ist, so hat das Produkt P · d strom mit der gleichen Frequenz, mit der die Ändeseinen kleinsten Wert am Austritt des sich erweitern- rung der spezifischen Masse erfolgt, und erforderden Teils des Reaktionsrohres, wenn dieses funk- 50 lichenfalls mit einer bestimmten Phasenverschiebung tionsbereit ist. Die elektrische Entladung findet also einwirken, die der Zeit entspricht, die ein Einheitsimmer am Austritt des Reaktionsrohres statt und volumen des Gases braucht, um die Strecke zwischen erstreckt sich in den oberhalb der Stoßwelle hegen- der Hauptentladung und der Stelle, wo die Einden Teil des Austrittsstutzens, wenn die Stoßwelle schnürung des Gasstromes erfolgt, zu durchlaufen, intensiv genug ist. Da das in Stromin^sriditung 55 Da die Gasmoleküle durch ihren Durchgang durch abwärts liegende Ende der Elektrode eine Diskon- die elektrische Entladung ionisiert sind, ist es mögtinuität in der Strömung darstellt, bewirkt es die Hch, mit Hilfe von Elektronenlinsen auf sie einzuvorzeitige Bildung einer schräg verlaufenden wirbeln- wirken. Das ionisierte Gas kann als ein Strom von den Stoßwelle, die sich dem Ende dieser Elektrode elektrisch geladenen Teilchen angesehen werden, auf anheftet. Praktisch nimmt die elektrische Entladung 60 die man mit einem elektrischen oder magnetischen den Raum zwischen der Austrittsebene des Rohrs Feld einwirkt. Solche Elektronenlinsen sind bereits und der Stoßwelle ein. bekannt und werden zur Fokussierung von elektrischThis property enables the discharge to be constricted. On the other hand, if the flow is restricted to a very narrow space. If 45 fluctuations with a certain periodicity, which is P the pressure in the height of a cross-section of the case of a gas that is exposed to an alternating current tube and d the distance between the electrode, one must on the gas and the tube wall is, then the product P · d has the same frequency with which the change takes place its smallest value at the exit of the expanding specific mass, and the required part of the reaction tube, if this is functionally ready with a certain phase shift is. The electrical discharge takes effect, which corresponds to the time that a unit always takes place at the exit of the reaction tube and the volume of the gas needs to extend the distance between the main discharge lying above the shock wave and the point where the one part of the Outlet nozzle, when the shock wave constriction of the gas flow occurs, to go through is intense enough. Since the gas molecules are ionized by their passage through the downward-lying end of the electrode, a discon- tinuity in the flow is possible inclined swirling effect. The ionized gas can be viewed as a current from the shock wave that electrically charged particles attach to the end of this electrode. In practice, the electric discharge 60 which is applied to the space between the exit plane of the pipe with an electric or magnetic field takes place. Such electron lenses are already and the shock wave one. known and used to focus electrically
In gewissen Fällen kann es jedoch vorteilhaft oder geladenen Partikeln, z. B. in Elektronenmikroskopen,In certain cases, however, it may be advantageous or charged particles, e.g. B. in electron microscopes,
notwendig sein, die Entladung auf ein Gasgemisch gebraucht. Ein elektrostatisches Feld kann durchbe necessary, the discharge is needed on a gas mixture. An electrostatic field can pass through
während einer bestimmten Zeit einwirken zu lassen. 65 eine Elektronenlinse erzeugt werden, die die Formlet it work for a certain period of time. 65 an electron lens can be created that has the shape
Es ist möglich, die Entladung in dem vorher durch eines Zylinders hat, der den Austrittsstutzen umgibtIt is possible to have the discharge in the previously through a cylinder that surrounds the outlet nozzle
die Entladung ionisierten Gasgemisch am Rohraus- oder an dessen Innenfläche angeordnet ist und aufthe discharge of ionized gas mixture is arranged on the outside of the tube or on its inner surface and on
tritt aufrechtzuerhalten, indem die Elektrode axial ein bestimmtes Potential gegenüber der Masse desoccurs by maintaining a certain potential relative to the mass of the electrode axially
Rcaktionsrohrcs gebracht ist. Die Potentialunter- halten werden kann, da diese die Gasströmung störenRcaktionsrohrcs is brought. The potential can be maintained, as these disrupt the gas flow
schiede, die eine starke Wirkung ausüben, sind würden. Trotz des sich ändernden Abstandes zwi-divisions that are going to have a powerful effect. Despite the changing distance between
jedoch erheblich, und praktisch ist die Elektronen- sehen der Elektrode und den Rohrwandungenhowever considerable and practical is the electron vision of the electrode and the tube walls
linse schwierig verwendbar. Ein magnetisches Feld stabilisiert sich die Entladung, d. h. der Lichtbogenlens difficult to use. A magnetic field stabilizes the discharge, i. H. the arc
kann durch eine elektromagnetische Linse erzeugt 5 oder die Glimmentladung, am Ende 7 des sich erwei-can be generated by an electromagnetic lens 5 or the glow discharge, at the end 7 of the
werden, die aus einer Wicklung besteht, die- axial ternden Teils, denn an dieser Stelle ist der Druckconsisting of a winding, the axially tending part, because this is where the pressure is
um den Austrittsstutzen gelegt ist und von einem am niedrigsten. Der Elektrode wird ein Wechselstromis placed around the outlet nozzle and is lowest from one. An alternating current is applied to the electrode
Strom durchflossen wird, dessen Stärke in Abhängig- unter einer Leerlaufspannung von mehreren tausendCurrent flows through, the strength of which depends on an open circuit voltage of several thousand
keit vom gewünschten Effekt geregelt wird. Wenn Volt zum Reaktionsrohr in bekannter und nicht dar-speed is regulated by the desired effect. If volts to the reaction tube are known and not shown
der Elektrode ein Wechselstrom zugeführt wird, io gestellter Weise zugeführt. Die Leerlaufspannung deran alternating current is supplied to the electrode, is supplied in a positional manner. The open circuit voltage of the
kann die Elektronenlinse mit einer Wechselspannung Stromquelle hängt von der Art und dem Druck descan use an AC voltage power source depends on the type and pressure of the electron lens
bzw. mit einem Wechselstrom von gleicher Frequenz Gases sowie von den Abmessungen des Rohrs undor with an alternating current of the same frequency gas as well as the dimensions of the pipe and
gespeist werden, der gegenüber dem Strom in der demzufolge von der zu behandelnden Gasmenge ab.are fed, the opposite of the current in the amount of gas to be treated.
Entladung in der Phase um einen Betrag verschoben Die Frequenz kann in Abhängigkeit von der ge-Discharge shifted by an amount in phase The frequency can vary depending on the
werden kann, der von den Abmessungen der Vor- 15 wünschten chemischen Reaktion gewählt werden,can be chosen from the dimensions of the chemical reaction desired,
richtung und der Geschwindigkeit der sie durch- In der Verlängerung des Rohrs 1 und in seinerdirection and speed of it through- In the extension of the tube 1 and in its
strömenden Gase abhängt. Achse ist mit einem gewissen Abstand ein derflowing gases depends. Axis is one of the with a certain distance
Nachstehend werden an Hand einfacher Beispiele Wiederverdichtung dienender Sammelstutzen 13In the following, simple examples of recompression service manifolds 13
mehrere Ausführungsformen des Verfahrens gemäß (Austrittsstutzen) angeordnet, der einen kurzen, sichseveral embodiments of the method according to (outlet nozzle) arranged, which has a short, itself
der Erfindung sowie mehrere Ausführungsformen der 20 verengenden Teil 14, einen zylindrischen Hals 15,of the invention as well as several embodiments of the 20 narrowing part 14, a cylindrical neck 15,
Vorrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durch-Device according to the invention in connection whose diameter is slightly larger than the diameter
mit den Zeichnungen erläutert. messer des Austritts des Reaktionsrohres, und einenexplained with the drawings. knife of the outlet of the reaction tube, and a
F i g. 1 stellt schematisch im axialen Schnitt einen sich erweiternden Teil 16 aufweist, der ins FreieF i g. Fig. 1 shows schematically in axial section a widening part 16 which leads to the open air
Reaktor gemäß der Erfindung in Form eines Über- mündet. Sowohl der Austrittsstutzen 13 als auch dasReactor according to the invention in the form of an overflow. Both the outlet nozzle 13 and the
schallrohrcs mit axialer Hohlelektrode dar; ■ 25 Reaktionsrohr 1 können mit Hilfe bekannter For-sound tube with axial hollow electrode; ■ 25 reaction tube 1 can with the help of known form
F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, die den mein berechnet werden, die ihre geometrische Aus-Bereich der Teiloxydation des Methans veranschau- bildung in Abhängigkeit von den gewünschten Merklicht; ' malen festlegen. Im Austrittsstutzen sinkt die Ge- F i g. 2 is a graph showing the my being calculated showing its geometric out-of-area the partial oxidation of the methane visualization depending on the desired markings; 'paint set. In the outlet nozzle, the
F i g. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Reaktions- schwindigkeit des Gasstroms, während sein DruckF i g. 3 is a longitudinal section through a reaction rate of the gas flow during its pressure
vorrichtung gemäß der Erfindung, die insbesondere 30 und seine Temperatur steigen,device according to the invention, in particular 30 and its temperature rise,
zur Durchführung der Teiloxydation von Methan Das Rohr 1 und der Sammelstutzen 13 sind durchto carry out the partial oxidation of methane The pipe 1 and the manifold 13 are through
verwendet wird; eine Entspannungskammer 17 miteinander verbun-is used; a relaxation chamber 17 connected to one another
F i g. 4 ist ein Schema einer Vorrichtung, die mit den, in deren Wände 18 sie geschraubt sind. DieF i g. Figure 4 is a schematic of a device associated with those in whose walls 18 they are screwed. the
einer Hohlelektrode mit dem Innenprofil in Form Kammer 17 spielt eine wichtige Rolle für die Funk-a hollow electrode with the inner profile in the form of chamber 17 plays an important role for the radio
des Reaktionsrohres versehen ist und bei der der 35 tionsbereitschaft des Reaktionsrohres bei der In-of the reaction tube is provided and when the readiness of the reaction tube at the initiation
ionisierte Gasstrom mit einer elektromagnetischen betriebnahme der Vorrichtung und gewährleistetionized gas flow with an electromagnetic operation of the device and guaranteed
Linse eingeschnürt wird. durch ihr Volumen stabilen Betrieb. Bei der In-Lens is constricted. stable operation due to their volume. At the in-
In F i g. 1 ist ein Überschallrohr 1 dargestellt, das betriebnahme der Vorrichtung ermöglicht die Entaus
einem sich verengenden Eintrittsteil 2, einem Spannungskammer 17 infolge der Ansaugung durch
Hals 3 und einem sich erweiternden Austrittsteil 4 40 den Austrittsstutzen 13 die Aufrechterhaltung eines
besteht, an dessen Eintritt das Gas durch einen genügend niedrigen Drucks am Austritt des sich
zylindrischen Teil S geführt wird. Das durch ein erweiternden Teils 4 des Rohres. Während des BeRohr
6 in die Vorrichtung eingeführte Gas dehnt triebs erhält die Kammer 17 stabiles Arbeiten der
sich in dem sich erweiternden Teil 4 aus und erreicht ganzen Vorrichtung aufrecht, indem sie eine Aufam
Ende 7 dieses Teils seine tiefste Temperatur und 45 hebung der Funktionsbereitschaft des Rohrs durch
seinen niedrigsten Druck sowie seine höchste Ge- zufällige Druckerhöhung in dem sich erweiternden
schwindigkeit. Beispielsweise beträgt am Eintritt zum Teil 4 vermeidet, die eintreten könnte, wenn der
Rohr 6 der Druck des Gases 5 kg/cm2 und das Ver- Durchgang zwischen dem Austritt des sich erweiternhältnis
der Drücke vor und nach der Ausdehnung den Teils 4 des Rohrs und dem sich verengenden
etwa 50. Hierdurch wird eine genügende Kühlung 50 Teil 14 des Austrittsstutzens mit dem Atmosphärendes
Gases bewirkt. Die Entspannung ist infolge der druck in Verbindung stünde,
hohen Geschwindigkeit der Gase, die einen Wärme- Nachstehend werden zwei Arten von Reaktionen
austausch mit dem Rohr beschränkt, praktisch adia- beschrieben, die unter Verwendung der beschriebenen
batisch. In der Achse des Reaktionsrohres ist eine Vorrichtung durchgeführt werden und eine Aus-Hohlclektrode
8 angeordnet, die durch Isolierstege 9 55 führungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
und 10, die im zylindrischen Teil 5 angebracht sind, darstellen.In Fig. 1, a supersonic pipe 1 is shown, the operation of the device enables the entaus a narrowing inlet part 2, a tension chamber 17 as a result of the suction through the neck 3 and an expanding outlet part 4 40 the outlet nozzle 13 is maintained at whose inlet the gas through a sufficiently low pressure at the outlet of the cylindrical part S is performed. That through a widening part 4 of the pipe. During the BeRohr 6 introduced into the device gas expands drive, the chamber 17 maintains stable operation of the expanding part 4 and reaches the entire device by raising the end 7 of this part to its lowest temperature and 45 raising the operational readiness of the pipe by its lowest pressure as well as its highest accidental pressure increase in the expanding speed. For example, at the inlet to part 4 avoids that could occur when the pipe 6 the pressure of the gas is 5 kg / cm 2 and the passage between the outlet of the expanding ratio of pressures before and after the expansion of the part 4 of the pipe and the narrowing about 50. This causes sufficient cooling 50 of part 14 of the outlet connection with the atmosphere of the gas. The relaxation is due to the pressure connected
high velocity of the gases, which have a heat- Below two types of reactions are restricted to exchange with the pipe, practically described adia- that using the described batic. In the axis of the reaction tube a device is carried out and an Aus-Hohlclektrode 8 is arranged, which through insulating webs 9 55 guide form of the method according to the invention and 10, which are mounted in the cylindrical part 5, represent.
in ihrer Lage gehalten wird. Die Elektrode ist dicht Methan wird unter einem Druck von 5 kg/cm2 in in den zylindrischen Teil 5 durch einen Isolierstopfen das Reaktionsrohr eingeführt und erfährt eine adia-11 eingeführt, der am Ende des zylindrischen Teils 5 bausche Entspannung auf die bereits beschriebene des Rohrs durch ein Gewindestück 12 festgehalten 60 Weise. Unter der Einwirkung der elektrischen Entwird ladung werden die Moleküle des Methans zerlegt,is held in place. The electrode is tight methane is introduced under a pressure of 5 kg / cm 2 into the reaction tube in the cylindrical part 5 through an insulating stopper and undergoes an adia-11 introduced, which at the end of the cylindrical part 5 bulges relaxation on the tube already described held by a threaded piece 12 60 ways. The methane molecules are broken down under the effect of the electrical discharge,
Die Tatsache, daß die Elektrode hohl ist, bringt und die erhaltenen Produkte vereinigen sich wieder
die beiden Vorteile mit sich, daß gegebenenfalls ein unter Bildung von Acetylen und Wasserstoff. Diese
Produkt, das mit den Reaktionsprodukten am Aus- Reaktion wird durch den niedrigen Druck am Austritt
des Rohrs umzusetzen ist, durch ihre Achse 65 tritt des Reaktionsrohres, d. h. an der Stelle, wo die
eingeführt werden kann und daß ihre Steifigkeit elektrische Entladung stattfindet, begünstigt,
verbessert wird. Dies ist notwendig, da die Elektrode Die im Austrittsstutzen stattfindende Temperaturhicht
durch Streben im Venturiteil des Rohres ge- erhöhung des Gasstroms genügt nicht, um eineThe fact that the electrode is hollow, and the products obtained, combine the two advantages with it, that optionally one with the formation of acetylene and hydrogen. This product, which reacts with the reaction products at the end of the reaction, is favored by the low pressure at the outlet of the tube, through its axis 65 the reaction tube passes, ie at the point where the electrical discharge can be introduced and its rigidity takes place ,
is improved. This is necessary because the electrode is not sufficient to increase the gas flow
7 87 8
weitere Umsetzung des gebildeten Acetylen-Wasser- oder gemäß der Reaktion
stoff-Gemisches zu bewirken, so daß diese Produktefurther reaction of the acetylene-water formed or according to the reaction
to effect a mixture of substances, so that these products
unmittelbar am Austritt des Reaktors gewonnen CJ3 CH + H O -> 2 HCHO + H O, CJ3 CH + HO -> 2 HCHO + HO obtained immediately at the exit of the reactor,
werden. ' ι ι 2 2 ' will. 'ι ι 2 2 '
Die Erfindung ist ebenfalls auf die meisten gas- 5 q qThe invention is also applicable to most gas 5 q q
förmigen Kohlenwasserstoffe anwendbar, wenn es s. s shaped hydrocarbons applicable when s. s
sich darum handelt, eine unter Volumenzunahme O
ablaufende chemische Reaktion durchzuführen.it is a matter of an increase in volume O
to carry out the ongoing chemical reaction.
Das zweite Beispiel betrifft die Herstellung von in Gegenwart von Wasser.The second example concerns the production of in the presence of water.
Ozon aus gasförmigem Sauerstoff. Der Sauerstoff ίοOzone from gaseous oxygen. The oxygen ίο
wird auf die beschriebene Weise unter einem Druck Die Teiloxydation des Methans ist eine klassische
von 6 kg/cm2 eingeführt. Infolge der im Rohr statt- Reaktion, die durchgeführt werden kann, indem ein
findenden adiabatischen Entspannung fallen die Methanstrom in einen Sauerstoffstrom, der einen
Temperatur und der Druck des Sauerstoffs erheblich. gewissen Ozonanteil enthält, eingeführt wird. Als
Die im Gasstrom bei tiefer Temperatur stattfin- 15 Produkte werden je nach den Reaktionsbedingungen
dende elektrische Entladung bewirkt die Bildung von Formaldehyd, Methanol und Ameisensäure in unterOzon
in großer Menge und in hoher Konzentration, schiedlichen Mengenverhältnissen erhalten. Jedoch
die bestehenbleibt, solange die Temperatur des Gas- wird der Konzentrationsbereich des Ozons im Sauerstroms
nicht wieder in zu starkem Maße ansteigt. stoff, in dem diese Reaktion stattfindet, innerhalb
Die tiefe Temperatur des Gases an der Stelle, wo 20 sehr enger Grenzen gehalten,
die elektrische Entladung vor sich geht, ermöglicht In Fig. 2 ist ein Diagramm dieses Bereichs dardie
Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der Ent- gestellt. Im Bereich I verläuft die Reaktion extrem
ladung, d. h., der größte Teil der hier abgegebenen langsam, ihre Geschwindigkeit beträgt nahezu Null,
elektrischen Energie wird in chemische Energie der Der Bereich II ist der Bereich der Teiloxydation,
Ozonsynthese umgewandelt, während nur ein ge- 25 und im Bereich III findet vollständige Oxydation des
ringer Teil in Wärme umgewandelt wird. Die hohe Methans ohne Bildung von Zwischenprodukten unter
Geschwindigkeit des Gasstromes an dieser Stelle starker Wärmeentwicklung, die für die Apparaturen
begünstigt den guten Wirkungsgrad der Entladung häufig schädlich ist, statt. Man sieht, daß der Bedadurch,
daß das gebildete Ozon schnell abgeführt reich II, d. h. die Teiloxydation, mit steigender Ozon-
und eine nennenswerte Wiederaufheizung des Gases 30 konzentration im Sauerstoff immer enger wird, so
durch die durch die elektrische Entladung frei daß man unter den üblichen Bedingungen des großwerdende Wärme vermieden wird. technischen Betriebs mit verhältnismäßig geringen
Es ist offensichtlich, daß eine Wiederverdichtung Konzentrationen und kostspieliger Kreislaufführung
der Gase erforderlich ist, um sie an die Atmosphäre des nicht umgesetzten Sauerstoffs arbeiten muß.
oder in einen Raum, in dem ein gewisser Druck 35 Im Gegensatz dazu ist es möglich, die Teiloxydaherrscht,
abführen zu können. Hierdurch wird die tion von Methan mit Hilfe einer elektrischen EntTemperatur
des Gases wieder in die Nähe des nor- ladung vorzunehmen, die während einer bestimmten
malen Anfangswertes gebracht und demzufolge das Zeit, beispielsweise V100 Sekunde, auf ein Gemisch
in ihm enthaltene Ozon schnell zersetzt. Es ist also von Methan und Sauerstoff einwirkt,
zweckmäßig, das Ozon unmittelbar nach seiner 40 In Fig. 3 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfin-Bildung
kontinuierlich zu gebrauchen. dung zur Durchführung der Teiloxydation von Es sei angenommen, daß das gebildete Ozon zur Methan dargestellt. Diese Vorrichtung, die der in
Teiloxydation von Äthylen zu Formaldehyd ver- Fig. 1 dargestellten sehr ähnlich ist, enthält ein
wendet wird. Zu diesem Zweck wird das Äthylen Überschallrohr 1, einen der Wiederverdichtung diemit
Hilfe der Hohlelektrode in der Nähe des sich 45 nenden Sammelstutzen 13 und eine Unterdruckerweiternden
Austrittsteils des Reaktionsrohres an kammer 17. Das Rohr 1 besteht aus dem zylindrider
Stelle eingedrückt, wo die Ozonkonzentration sehen Teil 5, einem sich verengenden Teil 2 und
am höchsten ist. Das Ozon vereinigt sich unmittelbar einem sich erweiternden Teil 4. Der Sammelstutzen
mit dem Äthylen unter Bildung von Äthylenozonid 13 umfaßt einen sich verjüngenden Teil 14, einen
gemäß der Reaktion 50 ziemlich langen zylindrischen Teil 15, dessen Durchmesser
in diesem Fall gleich dem Durchmesser desis introduced in the manner described under a pressure The partial oxidation of methane is a classic of 6 kg / cm 2 . As a result of the reaction taking place in the tube, which can be carried out by finding an adiabatic relaxation, the methane flow falls into an oxygen flow, which has a temperature and pressure of the oxygen considerably. contains a certain proportion of ozone, is introduced. The products that take place in the gas stream at low temperatures are obtained, depending on the reaction conditions, on the formation of formaldehyde, methanol and formic acid in large amounts and in high concentrations, in different proportions. However, this persists as long as the temperature of the gas - the concentration range of the ozone in the oxygen stream - does not rise again to an excessive extent. substance in which this reaction takes place, within the low temperature of the gas at the point where very narrow limits are kept,
The electrical discharge is taking place. In FIG. 2, a diagram of this area is shown that a high degree of efficiency of the distortion can be achieved. In area I, the reaction is extremely charged, that is, most of the reaction is slow, its speed is almost zero, electrical energy is converted into chemical energy and in area III there is complete oxidation of the ring part being converted into heat. The high methane without the formation of intermediate products at the speed of the gas flow at this point strong heat development, which is often harmful to the equipment, the good efficiency of the discharge is instead. It can be seen that the condition that the ozone formed is quickly discharged rich II, ie the partial oxidation, with increasing ozone and a noticeable reheating of the gas 30 concentration in the oxygen becomes increasingly narrow, so by the electrical discharge that one under the usual conditions of growing heat is avoided. It is evident that recompression concentrations and costly recycling of the gases are required in order for them to work to the atmosphere of the unreacted oxygen.
or in a room in which a certain pressure 35 In contrast to this, it is possible to be able to dissipate the partial oxide. As a result, the ion of methane is brought back close to the normal charge with the help of an electrical discharge temperature of the gas, which is brought during a certain initial value and consequently the time, for example 100 seconds, quickly decomposes on a mixture of ozone contained in it. So it is acted by methane and oxygen
expedient to use the ozone immediately after its 40 In Fig. 3, a device according to the invention is to use continuously. dung for carrying out the partial oxidation of It is assumed that the ozone formed represents methane. This device, which is very similar to that shown in partial oxidation of ethylene to formaldehyde shown in FIG. 1, contains a used. For this purpose, the ethylene supersonic tube 1, one of the recompression diem with the help of the hollow electrode near the 45 nenden collecting pipe 13 and a vacuum-expanding outlet part of the reaction tube at chamber 17. The tube 1 consists of the cylindrical point where the ozone concentration can be seen part 5, a narrowing part 2 and is highest. The ozone combines immediately in a widening part 4. The collecting pipe with the ethylene to form ethylene ozonide 13 comprises a tapering part 14, a rather long cylindrical part 15 according to reaction 50, the diameter of which in this case is equal to the diameter of the
CH2 = CH, + O.t -»- CH2 — CH2 Austritts des Rohrs 1 ist, und einen sich erweiterndenCH 2 = CH, + O. t - »- CH 2 - CH 2 outlet of the tube 1, and an expanding one
I I Teil 16. Der konvergierende Teil 14 spielt währendI I Part 16. The converging part 14 takes place during
Q Q des Betriebs keine wichtige Rolle, wenn das RohrQ Q of operation does not matter if the pipe
s. / 55 funktionsbereit ist, erleichtert jedoch seine Inbetrieb- s. / 55 is ready for operation, however, it facilitates its commissioning.
O nähme zu Beginn, indem es die in der Unterdruckkammer 17 enthaltenen Gase ansaugt. Eine Hohl-O would take at the beginning by putting it in the vacuum chamber 17 sucks in gases contained. A hollow
Dieses Äthylenozonid kann sich anschließend am elektrode 8 ist in der Achse des ReaktionsrohrsThis ethylene ozonide can then be on the electrode 8 is in the axis of the reaction tube
Reaktoraustritt zersetzen, und zwar gemäß der Reak- angeordnet und in den Sammelstutzen bis zu demDecompose reactor outlet, according to the reac- arranged and in the manifold up to the
tion 60 sich erweiternden Teil 16 geführt. Die Elektrode, dietion 60 expanding part 16 out. The electrode that
durch Isolierstreben 9 und 10 im Überschallbereichby insulating struts 9 and 10 in the supersonic range
CH2 — CH2-*- 2 HCHO + 1/2 O2 der Gasströmung gehalten wird, ist hohl, um MethanCH 2 - CH 2 - * - 2 HCHO + 1/2 O 2 the gas flow is kept hollow to methane
I I in den Sammelstutzen einführen zu können. ZuI I to be able to introduce into the manifold. to
O O diesem Zweck ist die Elektrode am Ende geschlossen,O O for this purpose the electrode is closed at the end,
\n/ 65 während der im zylindrischen Teil des Sammel-\ n / 6 5 during the cylindrical part of the collecting
0 Stutzens liegende Teil mit seitlichen Öffnungen 8 a 0 nozzle lying part with side openings 8 a
versehen ist.is provided.
in Abwesenheit von Wasser Dem Reaktionsrohr 1 wird Sauerstoff unter einemin the absence of water The reaction tube 1 is oxygen under a
9 ίο9 ίο
Druck von etwa 6 kg/cm- mit Hilfe eines Einlaß- somit weniger als —200° C. Die axial verlaufende rohres 6 zugeführt. Wenn das Rohr funktionsbereit Elektrode 20 ist an einen Wechselstromtransformator ist, herrscht an seinem Austritt ein Druck von 21 angeschlossen, der eine hohe Spannung von etwa Vio Atmosphäre oder weniger. Dieser niedrige Druck 2000 V liefert und durch ein übliches 50-Hz-Netz bleibt bis zur Stoßwelle bestehen, wo das Gas schlag- 5 gespeist wird. Eine elektrische Entladung, deren Leiartig wiedcrvcrdichtct wird. Diese Stoßwelle, die stung 20 kW beträgt, findet auf der Strecke zwischen durch Eindrücken von Methan in den sich mit Über- der Austrittsebene des Rohres und der sich am Einschallgcschwindigkcit bewegenden Strom im zylin- tritt des Sammelstutzens im konvergierenden Teil drischen Teil des Austrittsstutzens hervorgerufen bildenden Stoßwelle statt. Das Profil der Elektrode wird, ist eine schräg verlaufende, wirbelnde Stoß- io 20 ist innen in Form einer sich erweiternden Düse welle, die an den ersten Zuführungsöffnungen 8a ausgebildet, um die Einführung des Äthylens unter entsteht. Ihre ungefähre Lage ist bei 19 durch die aerodynamischen Bedingungen vorzunehmen, die gestrichelte Linie angedeutet. denen des Ozons an der Zufuhrstelle entsprechen. DaPressure of about 6 kg / cm - with the help of an inlet - thus less than -200 ° C. The axially extending tube 6 supplied. When the tube is operational electrode 20 is connected to an AC transformer is, there is a pressure of 21 connected to its outlet, which has a high voltage of about Vio atmosphere or less. This low pressure supplies 2000 V and through a standard 50 Hz network remains in place until the shock wave, where the gas impact 5 is fed. An electrical discharge, its lei-like is re-sealed. This shock wave, which is stung 20 kW, takes place on the route between by pressing methane into the area above the exit level of the pipe and the area at the entrance level moving flow in the cylinder inlet of the manifold in the converging part thical part of the outlet connection caused forming shock wave instead. The profile of the electrode is a sloping, swirling shock io 20 is inside in the form of a widening nozzle shaft formed at the first supply ports 8a to prevent the introduction of ethylene under arises. Your approximate location is to be made by aerodynamic conditions at 19 dashed line indicated. correspond to those of the ozone at the point of supply. There
Die Elektrode 8 und das Reaktionsrohr 1 sind an durch die Elektrode Äthylen zugeführt wird, ist ihr einen Generator angeschlossen, der einen Strom 15 Ausströmbereich mit Äthylen erfüllt, so daß die Stoßhoher Spannung von etwa 5000 V erzeugt. Es findet welle nicht unbedingt unmittelbar am Ende der eine Entladung im Überschallbereich des Gasstroms Elektrode entsteht.The electrode 8 and the reaction tube 1 are to be supplied through the electrode ethylene is her connected to a generator which fills a stream 15 outflow area with ethylene, so that the surge generates high voltage of about 5000 volts. It doesn't necessarily take place immediately at the end of the wave a discharge in the supersonic range of the gas flow electrode occurs.
zwischen dem Ende des Reaktionsrohres und der Das Äthylen nimmt unverzüglich das gebildetebetween the end of the reaction tube and the The ethylene immediately takes the formed
Stoßwelle statt. Diese Entladung ist stark genug, um Ozon auf unter Bildung von ÄthylenozonidShock wave instead. This discharge is strong enough to cause ozone to rise, forming ethylene ozone
den Saucrsloffstrom zu ionisieren, aber auf bekannte 20to ionize the oxygen stream, but to a known 20
Weise (beispielsweise durch Schalten eines Wider- CH2—O3—CH2,
Standes in Serie mit dem Hochspannungsgenerator)Way (for example by switching a counter- CH 2 —O 3 —CH 2 ,
Stand in series with the high voltage generator)
bewußt so beschränkt, daß die Konzentration des das sich anschließend in ein Gemisch von Form-Ozons zur Oxydation des Methans nicht ausreicht, aldehydHCHO und Sauerstoff oder — wenn die d. h., daß sie im Bereich T oder notfalls im Bereich II 25 Zersetzung in Gegenwart von Wasser erfolgt — von des Diagramms von F i g. 2 Hegt. Formaldehyd und Wasserstoffperoxyd zersetzt.deliberately so limited that the concentration of this subsequently turns into a mixture of form ozone not sufficient to oxidize the methane, aldehydeHCHO and oxygen or - if the d. This means that in the area T or, if necessary, in the area II 25 decomposition takes place in the presence of water - of of the diagram of FIG. 2 cherishes. Formaldehyde and hydrogen peroxide decompose.
Da der Sauerstoff durch diese erste Entladung Wird eine hohe Ausbeute, z. B. von wenigstens ionisiert worden ist, wird eine zweite Entladung jen- 60% in der Reaktion gewünscht, muß die starke seits der Stoßwelle zwischen der Elektrode und den Änderung der spezifischen Masse berücksichtigt wer-Wandungcn des Austrittsstutzens möglich, indem 30 den, die durch die Reaktion auf Grund des hohen man sie einem Spannungsunterschied mit Hilfe eines Ozongehalts des Sauerstoffs eintritt. Es wird also notzwcitcn (ebenfalls nicht dargestellten) Hochspan- wendig, auf den Gasstrom im Sammelstutzen so einnungsgenerators unterwirft. Diese zweite Entladung zuwirken, daß er ständig den aerodynamischen Befindet also in dem Gemisch aus ionisiertem Sauer- dingungen nach der Reaktion angepaßt werden kann, stoff und Methan statt und kann auf Grund der 35 Zu diesem Zweck wird auf den ionisierten Gasstrom großen Länge des zylindrischen Teils des Sammel- mit einer Elektronenlinse eingewirkt, die aus einer Stutzens und der verhältnismäßig geringen Geschwin- Wicklung 22 von 20 Windungen aus isolierter digkeit des Gasstroms an dieser Stelle etwa Vioo Se- Kupferlitze von 4X5 mm besteht und den Sammelkunde auf eine Volumeneinheit des Gases einwirken. stutzen umgibt, dessen Innendurchmesser 2 cm be-Das Methan oxydiert partiell unter Bildung eines 40 trägt. Die Wicklung ist von einem Wechselstrom Gemisches von Formaldehyd HCHO, Methanol gleicher Frequenz wie der dem Lichtbogen zugeführte CHaOH und Ameisensäure HCOOH, das etwa Strom und von einer maximalen Stärke von 200A 80% Formaldehyd enthält. Die Menge des durch durchflossen, der durch den Transformator 21 über die Hohlelektrodc eingeblasenen Methans ist ebenso einen spannungssenkenden Transformator 23, der hoch oder etwas höher als die Menge des durch das 45 eine Spannung zwischen 0,5 und 1 V abgibt, geRohr 6 cingeblasenen Sauerstoffs, so daß die aus- liefert wird. Der in der Magnetlinse 22 fließende tretenden Gase keinen freien Sauerstoff mehr ent- Strom muß, bezogen auf den Strom im Lichtbogen, halten. Diese Vorrichtung ermöglicht die Behänd- in der Phase um etwa V1000 Sekunde oder um 18° lung von etwa 36 m3 Sauerstoff pro Stunde bei Ein- nach rückwärts verschoben werden, um die Durchsatz einer effektiven Gesamtleistung von etwa 50 kW. so laufzeit der Produkte zwischen dem Lichtbogen undSince the oxygen through this first discharge will have a high yield, e.g. B. has been ionized by at least 60% if a second discharge is desired in the reaction, the strength of the shock wave between the electrode and the change in specific mass must be taken into account the reaction occurs due to the high one it a voltage difference with the help of an ozone content of the oxygen. It is therefore necessary (also not shown) to have high voltage to subject the gas flow in the manifold to the opening generator. The effect of this second discharge is that it is constantly aerodynamic, i.e. in the mixture of ionized acid conditions after the reaction, substance and methane take place and can be due to the large length of the cylindrical part on the ionized gas flow of the collecting with an electron lens, which consists of a nozzle and the relatively low speed winding 22 of 20 turns from isolated digkeit of the gas flow at this point about Vioo Se copper braid of 4X5 mm and the collecting act on a volume unit of the gas. surrounds nozzle, the inner diameter of which is 2 cm. The winding is made of an alternating current mixture of formaldehyde HCHO, methanol at the same frequency as the CH a OH and formic acid HCOOH fed to the arc, which contains about current and a maximum strength of 200A 80% formaldehyde. The amount of methane blown through the transformer 21 via the hollow electrode is also a voltage-lowering transformer 23, which is high or slightly higher than the amount of oxygen blown through the tube 6, which emits a voltage between 0.5 and 1 V so that it is delivered. The escaping gases flowing in the magnetic lens 22 no longer have to escape free oxygen, based on the current in the arc. This device enables the handling in the phase of about 1000 seconds or 18 ° of about 36 m 3 of oxygen per hour to be shifted backwards in order to achieve the throughput of an effective total power of about 50 kW. so transit time of the products between the arc and
Als weiteres Beispiel sei die Oxydation von Äthy- dem Sammelstutzen zu berücksichtigen. Da die Imlcn
C2H4 mit Ozon zu Formaldehyd HCHO unter pedanz der Wicklung 22 gegenüber ihrem Widerstand
Verwendung eines Sauerstoff-Ozon-Gemisches mit vernachlässigbar ist, wird diese Phasenverschiebung
hoher Ozonkonzentration, das durch eine schema- durch eine Induktionsspule 24, die durch Verschietisch
in F i g. 4 dargestellte Vorrichtung erhalten 55 bung eines Eisenkerns regelbar ist, bewirkt,
wird, beschrieben. Diese Vorrichtung besteht ebenso Die der Linse zugeführte Niederspannung wird
wie die im vorhergehenden Beispiel beschriebene im entsprechend den Reaktionsbedingungen durch ein
wesentlichen aus einem Überschallrohr 1, einem der Servogerät geregelt, das auf einen Transformator 25
Wiederverdichtung dienenden Sammelstutzen 13, mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis derart
einer Unterdruckkammer 17 und einer Hohlelektrode 60 einwirkt, daß der Druck in der Unterdruckkammer
20 besonderer Art. Dem Rohr 1 wird Sauerstoff unter 17 konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck wird
einem Druck von 10 kg/cm2 durch das Rohr 6 zu- der Druck ρ in der Kammer 17 mit einem klassigeführt.
Unter stationären Bedingungen herrscht am sehen Membranmanometer 26 gemessen, das mit
Austritt des sich erweiternden Teils des Reaktions- einem elektromagnetischen Wandler 27 mit verrohres
sowie in der Unterdruckkammer 17 ein Druck 65 schiebbarem Magnetkern gekoppelt ist. Dieser Wandin
der Größenordnung von 0,1 Atm. Die durch- ler wird primär durch einen 50-Hz-Strom von einer
strömende Sauerstoffmenge beträgt 18 ms/h. Die Wicklung eines Transformators 28 gespeist, und seine
Temperatur des Sauerstoffs an dieser Stelle beträgt beiden Sekundärwicklungen bilden mit zwei Wider-Another example to be taken into account is the oxidation of the ethylene manifold. Since the Imlcn C 2 H 4 with ozone to formaldehyde HCHO is negligible with respect to the resistance of the winding 22 with respect to its resistance using an oxygen-ozone mixture, this phase shift of high ozone concentration, in Fig. 4 device shown received 55 exercise of an iron core is adjustable, causes
is described. This device also consists of the low voltage supplied to the lens, like the one described in the previous example, in accordance with the reaction conditions, by means of a supersonic pipe 1, one of the servo devices, the manifold 13 serving to recompress a transformer 25, with a variable transmission ratio, such as a vacuum chamber 17 and a hollow electrode 60 acts that the pressure in the negative pressure chamber 20 of a special kind. Oxygen in the tube 1 is kept constant below 17. For this purpose, a pressure of 10 kg / cm 2 is added through the pipe 6 to the pressure ρ in the chamber 17 with a class. Under steady-state conditions, there is measured at the diaphragm manometer 26, which is coupled with the exit of the widening part of the reaction to an electromagnetic transducer 27 with piping and in the vacuum chamber 17 a pressure 65 slidable magnetic core. This wall on the order of 0.1 atm. The flow is primarily through a 50 Hz current of a flowing oxygen amount of 18 m s / h. The winding of a transformer 28 is fed, and its temperature of oxygen at this point is two secondary windings form with two resistors
ständen 29 α und 296 eine Wheatstonesche Brücke, die mit Hilfe der beiden genannten Widerstände 29 a und 29b beim gewünschten Druck/? ins Gleichgewicht gebracht wird. Jede Änderung des Druckes ρ bringt eine Verschiebung des Magnetkerns des Wandlers 27 mit sich und beseitigt das Gleichgewicht der Brücke. Die Überschuß-EMK, deren Phase und Amplitude die Richtung und die Größe der Druckabweichung anzeigen, wird durch einen magnetischen Verstärker 30 bekannter Art verstärkt und der Steuerphase eines Zweiphasenmotors 31 aufgeprägt, dessen Bezugsphase durch eine Wicklung des Transformators 28 gespeist wird. Der Motor 31 treibt den Regeltransformator 25 über ein Untersetzungsgetriebe 32 an und stellt den Strom in der Wicklung 22 so ein, daß der Druck ρ bei seinem vorgeschriebenen Wert, bestimmt durch das Gleichgewicht der Wheatstoneschen Brücke, gehalten wird.would 29 α and 296 be a Wheatstone bridge, which with the help of the two resistors 29 a and 29 b mentioned at the desired pressure /? is brought into balance. Any change in the pressure ρ causes a displacement of the magnetic core of the transducer 27 and removes the balance of the bridge. The excess emf, the phase and amplitude of which indicate the direction and magnitude of the pressure deviation, is amplified by a magnetic amplifier 30 of known type and impressed on the control phase of a two-phase motor 31, the reference phase of which is fed by a winding of the transformer 28. The motor 31 drives the regulating transformer 25 via a reduction gear 32 and adjusts the current in the winding 22 so that the pressure ρ is kept at its prescribed value, determined by the equilibrium of the Wheatstone bridge.
Der Strom in der Wicklung 22 baut ein magnetisches Feld auf, das eine veränderliche Kontraktion des Gasstroms im Sammelstutzen bewirkt.The current in the winding 22 builds up a magnetic field that has a variable contraction of the gas flow in the manifold.
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